[NW] 디지털 신호 (비트율, 전송장애, 데이터 전송률)

 

디지털 신호

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디지털 신호에서 데이터는 1은 양전압으로, 0은 제로 전압으로 부호화될 수 있다.

디지털 신호는 2개보다 더 많은 준위를 가질 수 있다.

 

 

 

위의 그림에서 a에서는 준위마다 1비트를

그림 b에서는 준위마다 2비트를 보낸다.

 

일반적으로 신호가 L개의 준위를 가지면 각 준위는 log₂L개의 비트를 보낸다.

 

 

비트율

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대부분의 디지털 신호는 비주기적이어서 주기나 주파수를 사용할 수 없다.

 

주파수 대신 비트율을 사용하는데

'비트율'은 시간당 비트 간격의 개수이다.

즉, 1초 동안 전송된 비트의 수를 의미하고, 일반적으로 bps라고 표현된다.

 

 

만약 텍스트 자료를 매초당 100페이지를 다운로드 받아야 한다면

채널당 필요 대역폭을 구한다면

 

각 페이지는 줄당 80개의 문자로 된 24개 줄로 되어 있고,

각 문자당 8비트를 필요로 한다고 가정한다면

비트율은 100 X 24 X 80 X 8 = 1536Mbps이다.

 

 

비트 길이

 

하나의 사이클이 차지하는 거리인 파장과 비슷하게 디지털 신호에서는

한 비트가 전송 매체를 통해 차지하는 길인 비트 길이를 정의한다.

 

비트 길이 = 전파 속도(Propagation Speed) X 비트 시간(Bit Duration)

 

 

디지털 신호는 무한대 대역폭을 갖는 복합 아날로그 신호이다.

 

 

전송장애

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신호가 매체를 통해 전송될 대 장애가 발생한다.

이것은 신호가 매체의 시작과 끝에서 같지 않음을 의미한다.

 

보통 감쇠, 일그러짐, 잡음이라는 세 종류의 장애가 발생한다.

 

 

감쇠

 

감쇠는 신호가 매체를 통해 이동할 때 매체의 저항을 이겨내기 위해서는 약간의 에너지가 손실된다.

이러한 손실을 줄이기 위해 신호를 증폭시키는 증폭기가 사용된다.

 

데시벨

 

신호의 손실된 세기나 획득한 세기를 보이기 위해 데시벨이라는 개념을 사용한다.

데시벨은 2개의 다른 점에서 두 신호 또는 하나의 상대적 세기를 측정한다.

신호가 감쇠되면 음수이고, 증폭되면 양수이다.

 

 

 

일그러짐

 

일그러짐은 신호의 모양이나 형태가 변하는 것을 의미한다.

일그러짐은 복합 신호를 발생시키거나 다른 주파수의 신호를 만든다.

 

 

 

잡음

 

잡음은 열 잡음, 유도된 잡음, 혼선 그리고 충격 잡음과 같은

여러 형태의 잡음은 신호를 변화시킨다.

 

 

 

신호-대-잡음 비 (SNR)

 

비트율의 한계를 알기 위해서는 잡음의 전력에 대한 신호 전력의 비를 알아야 한다.

SNR은 실제로 원하지 않는 것(잡음)에 대한 원하는 것(신호)의 비이다.

높은 SNR은 신호가 잡음에 의해 덜 망가진다는 것을 의미한다.

 

 

 

만약 신호의 전력이 10mW이고 잡음의 전력이 1µW이면

SNR 값과 SNR(db)의 값은 아래와 같다.

 

SNR = (10000µW) / (1µW) = 10000

SNR(db) = 10log10⁴ = 40

 

 

데이터 전송률

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데이터 전송률을 계산할 수 있는 두 가지 이론적 수식은 아래와 같다.

 

 

무잡음 채널 : 나이퀴스트 비트율

 

잡음이 없는 채널의 경우에는 나이퀴스트 비트율이

이론적인 최대 전송률을 정의한다.

 

 

 

잡음이 있는 채널 : 섀넌 용량

 

실제에서는 무잡음 채널은 없다.

잡음이 있는 채널의 경우에는 섀년 용량이

최대 전송률을 정의한다.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

* 해당 글은 '데이터통신과 네트워킹' 책을 참고하여 작성하였습니다. 출처: 데이터통신과 네트워킹 5 (Forouzan)